SMBR处理印染废水中试研究钦濂

SMBR处理印染废水中试研究钦濂（中铁上海设计院集团有限公司，上海200070）［摘要］采用中试规模（8t/d）的一体式膜生物反应器（SMBR）处理印染废水，COD平均去除率可达到87.9%，色度平均去除率达78.8%，出水BOD＜5mg/L，水质优于试验所在联合污水处理厂的生化-物化组合工艺处理效果。无排泥工况下，反应器内上清液的COD高于进水COD，较高的上清液COD下反应器出水水质略有下降。［关键词］印染废水；膜生物反应器；活性污泥；无排泥［中图分类号］X791；X52［文献标识码］B［文章编号］1005-829X（2011）02-0043-03ResearchonthepilottestofthetreatmentofdyeingwastewaterbySMBRQinLian（ChinaRailwayShanghaiDesignInstituteGroupCo.，Ltd.，Shanghai200070，China）Abstract：Apilot-scale（8t/d）submergedmembranebioreactor（SMBR）hasbeenusedfortreatingthedyeingwas-tewaterfromauniteddyeingwastewatertreatmentplant.TheresultsshowthattheaverageCODremovalrateachieves87.9%andthechromaremovalrateis78.8%andtheeffluentwaterBODisbelow5mg/L.Thewaterquali-tyoftheSMBRprocessisbetterthanthatofthebiologicalchemicalprocessattheunitedwastewatertreatmentplant.Keepingthesystemoperatedwithoutdischargingsludge，theCODofsupernateinthereactorishigherthaninfluentCOD.WhenthesupernateCODishigher，theeffluentwaterqualityfromthereactordecreasestosomedegree.Keywords：dyeingwastewate；submergedmembranebioreatctor；activatedsludge；non-dischargesludge膜生物反应器（MBR）是将高效膜分离技术与活性污泥法相结合的新型水处理技术，采用膜组件作为分离装置，取代传统活性污泥法中的二沉池。由于MBR内污泥浓度高，形成好氧、缺氧和厌氧区，可降解复杂有机物。同时高浓度活性污泥的吸附延长了分解缓慢的大分子有机物停留时间，也允许世代周期长的微生物充分生长，对某些难降解有机物的生物降解十分有利〔1-2〕。苏南某纺织名镇有数十家纺织印染企业，主要生产纯棉及混纺织物，这些企业的退浆、煮炼、染色和漂洗等工序产生大量的废水。废水经该镇联合污水处理厂的厌氧水解—好氧曝气—加药沉淀工艺处理后排放。由于废水中含有大量的聚乙烯醇（PVA）、羧甲基纤维素（CMC）及各种染料，可生化性很差、碱性强，生化段的处理效果不佳，COD去除率＜50%，仅靠末端的物化加药勉强维持出水在纺织印染行业二级排放标准。笔者以该污水处理厂进水池中废水作为原水，采用一体式膜生物反应器（SMBR）进行试验研究，以期为SMBR处理实际印染废水的应用提供参考。1材料与方法1.1废水水质试验用水取自联合污水处理厂进水池。试验用水水质见表1。表1废水水质1.2试验工艺流程SMBR处理印染废水的中试装置设在苏州某镇联合污水处理厂。其处理流程见图1。该装置内分为缺氧区和好氧区，其中好氧区有效容积约为4.8m3，缺氧区有效容积约为3.2m3，总容积8m3。废水在反应器中顺次经过缺氧区、好氧区，经活性污泥净化后，混合液在抽吸泵抽吸下经过膜组件过滤后形成出水。缺氧区下部布设穿孔管曝气器，微量曝气起到搅拌作用。好氧区内置10件聚乙烯中空纤维膜组进水温度/℃pHCOD/(mg·L－1)BOD5/（mg·L－1)色度/倍27～36.511.12～14.55603～949106～144128～256[基金项目]江苏省环保科技计划（2007026）；江苏省太湖专项（BS2007122）第31卷第2期2011年2月工业水处理IndustrialWaterTreatmentVol．31No．2Feb．，201143件，每件膜组件面积为3m2，膜总面积约为30m2。膜组件下方设盘式曝气器。好氧区和缺氧区之间设置污泥回流管，气提回流活性污泥。膜组件间歇抽吸，开13min，停2min。通过定期在缺氧区投加硫酸控制pH中性。液位控制器控制进水。反应器底部设有放空口可定期排泥。图1MBR中试装置工艺流程1.3实验方法及运行参数分析项目有pH、温度、污泥浓度（MLSS）、溶解氧（DO）、COD、色度等。测定方法采用文献〔3〕标准方法。试验过程中DO、水温、pH、HRT等运行参数的变化见表2。表2膜生物反应器运行参数注：本试验阶段系统没有进行排泥。2结果与讨论2.1COD去除效果的分析调试完成后，SMBR对COD的去除率平均达到87.1%，出水COD平均值为96.6mg/L，可达到《纺织染整工业水污染物排放标准》（GB4287—1992）的一级标准。而所在的联合污水厂生化段COD去除率据统计仅为44.3%，生化—物化后总COD去除率80.7%。SMBR对COD的去除效果如图2所示。图2SMBR对COD的去除效果由图2可以看出，本试验中，用SMBR处理印染废水，其进水浓度和COD去除率无明显的关系。这是因为在废水可生化性较差的情况下，出水水质和反应器的有机负荷关系不大，而和废水的降解性质有关。本试验进水BOD5为106～144mg/L，平均BOD5为132mg/L，平均B/C仅为0.17。当废水中易生化降解的有机物少时，可生化性差就成为废水处理的主要问题。SMBR的出水BOD5均＜5mg/L，表明该废水中难降解有机物成为限制膜生物反应器出水水质的主要因素，出水中的COD主要为难生物降解物质。2.2色度去除效果的分析废水中的染料等多为难降解的大分子有机物，它们在好氧条件下很难被破坏，难以脱色。但是在缺氧或厌氧条件下，厌氧微生物可以通过偶氮还原裂解等作用，将好氧条件下难以生化降解的阳离子染料等转化或降解为无色的小分子物质。同时，由于SMBR内污泥浓度高，使污泥絮凝颗粒存在从外到内的DO梯度，在微观上形成了好氧、缺氧和厌氧区，有利于复杂有机物的降解，从而提高对染料分子的脱色效果。图3为SMBR对色度的处理效果。图3SMBR对色度的处理效果由图3可以看出，进水的色度为110～256倍，采用SMBR处理后，印染废水的脱色率＞70%，出水平均色度为33.0倍，平均脱色率达78.8%。出水色度能满足《纺织染整工业水污染物排放标准》的一级标准。2.3反应器上清液有机物浓度变化分析在本次试验系统运行阶段中未进行排泥，启动10d后调试完成时反应器内上清液COD即高于进水浓度。随着运行时间的延长，上清液COD呈增高趋势。经过20d的运行，上清液COD到达峰值3216mg/L，此后上清液COD变化较为稳定，为2699～3308mg/L。且运行期间好氧区上清液COD参数温度/℃进水pHDO/(mg·L-1)MLSS/(g·L-1)HRT/h流量/(m3·d-1)缺氧区好氧区最大值3114.550.853.657832.021.19.12最小值1711.120.060.896983.029.66.48平均值25.212.990.362.177460.324.87.73试验研究工业水处理2011－02，31（2）44普遍高于缺氧区上清液浓度。运行期间上清液COD变化见图4。图4SMBR上清液COD的变化情况由图4可知，上清液COD远高于进水浓度，这是SMBR运行中特有的现象。这种现象有多种原因，主要是膜组件对于大分子难降解有机物的截留作用造成的。由于印染废水温度较高，各种难降解助剂、浆料成分复杂，使得剩余活性污泥通常含有大量不可降解的物质，这些物质可能通过膜进入滤过液，也有可能在系统中积累〔3〕，而细胞代谢过程中产生大量的胞外分泌物及死菌体等大分子物质，也会在系统内积累，从而增加了反应器内有机物的浓度。实际运行过程中，前20d内，SMBR中难降解物质逐渐累积，使得上清液中有机物浓度也在不断升高，并在运行一段时间后，当降解物质的排出和累积达到相对平衡后，上清液中有机物的浓度也达到相对稳定。在运行过程中，由于好氧区的污泥回流，使得整个反应器内的污泥浓度和上清液中有机物浓度处于较均匀的状态。但是好氧区上清液COD仍略高于厌氧区上清液COD，这主要是由于进水的稀释和膜组件的截留所起到的双重作用。2.4上清液COD对处理效率的影响运行过程中上清液COD的提高，表示反应器内有机物的积累。这种情况对出水水质存在一定影响。在系统运行第1—15天时，好氧区平均上清液COD为1780mg/L，最大为2662mg/L，出水平均COD去除率达89.3%，平均脱色率为80.8%；而系统运行的第16—30天时，反应器内上清液平均COD为2924.2mg/L，最大为3308mg/L，平均COD去除率为86.4%，平均脱色率为76.9%，净化效率有较明显的下降。上清液COD对处理效率影响见图5。上清液COD的升高，使得反应器内污泥负荷增加，同时生物体和难降解物质的积累导致生物抑制性物质增加，这些都影响了微生物的净化效能，造成有机物去除率的下降。图5SMBR上清液COD对处理效率的影响根据现行《纺织染整工业水污染物排放标准》对印染废水排放的要求，按照其一级排放标准，即BOD5≤25mg/L、CODCr≤100mg/L、色度≤40倍、pH6~9、SS≤70mg/L，在不排泥情况下，出水色度可以达标，但COD在前15d只有80%达标，后15d则只有20%达标，这表明对SMBR进行定期排泥是必要的。通过排泥可以减少难降解物质和生物抑制物质在反应器中的积累，从而提高出水质量。3结论（1）采用SMBR处理印染废水，在B/C仅为0.15～0.18的条件下，COD平均去除率可达到87.1%，色度去除率平均达78.8%，出水BOD5＜5mg/L，优于常规生化—物化工艺处理效果。（2）长期运行后，SMBR内上清液有机物浓度可远远高于进水浓度，当平均上清液COD从1780mg/L提高到2924mg/L时，COD去除率从89.3%下降到86.4%，色度去除率从80.8%下降到76.9%。（3）在合理控制上清液COD的情况下，SMBR对较高浓度的印染废水处理后可基本达到《纺织染整工业水污染物排放标准》的一级标准。由此可见，采用该工艺处理印染废水技术可行。［参考文献］［1］BrindleK，StephensonT.Theapplicationofmembranebiologicalreactorsforthetreatmentofwastewaters［J］.Biotechnol.Bioeng.，1996，49（6）：601-610.［2］张忠祥，钱易，废水生物处理新技术［M］.北京：清华大学出版社，2004：507-510.［3］董良飞，张志杰，关卫省.膜生物法处理工业废水［J］.长安大学学报：自然科学版，2005，25（2）：102-105.［作者简介］钦濂（1977—），2005年毕业于同济大学，硕士，工程师。电话：[phone]，E-mail：[e-mail]。［收稿日期］2010-10-18（修改稿）工业水处理2011－02，31（2）钦濂：SMBR处理印染废水中试研究45